加筋挡土墙在变电站边坡支护的工艺及应用

刘竹根，刘志刚，谢树华

（江西省送变电建设公司，江西南昌 330200）

0 引言

随着国家对城镇化建设进程的推进，建设用地状况日趋紧张，越来越多的变电站站址选择在山区或丘陵地带。变电站在场地平整后，将产生大面积的、落差较大的高填方边坡，填方区的边坡治理成为工程建设急需解决的重点问题，采用传统的重力式挡土墙支护结构占地多、工程量大、工期长、造价高、结构安全性要求高，容易造成生态环境破坏。本文将结合赣州南500 kV变电站工程的高填方边坡加以说明挡土墙在变电站深填方边坡支护技术的应用，赣州南500 kV变电站最大挖方边坡高度为27 m，最大填方高度32 m，平均填方高度18 m，挡土墙长度约389 m，挖填方量达100万m3，为江西省变电站工程填方量、填方高度之最。

1 加筋挡土墙的基本概念

1.1 加筋挡土墙原理

所谓加筋土就是在土中埋设抗拉强度比较高的材料而形成的一种复合土体，这些埋设的材料通常称为加筋材料，即筋材。

加筋土其基本原理：由土与加筋材料所构成的复合土体在受到外力作用时，土与筋材之间存在着似摩擦阻力，此摩擦阻力限制了土的变形，从而依靠筋材与填料之间的摩擦提高了土体的抗剪强度和稳定性。加筋机理具体体现在以下几方面：

1）格栅上下表面与土粒的摩擦作用。摩擦起决定作用时，格栅应沿着土中最大拉力方向铺设。

2）格栅肋条对土颗粒的被动阻抗作用。

3）格栅上的孔眼对土的镶嵌于咬合作用。

准黏聚力原理：加筋土结构可看作是各向异性的复合材料，一般情况下筋材的弹性模量远远大于填土的弹性模量。基于筋材与填土的共同作用，加筋土结构强度包括了填土的抗剪力、填土与筋材的摩阻力和筋材抗拉力的共同作用，使得加筋土的强度明显提高。

1.2 加筋挡土墙材料

加筋挡土墙材料主要有：土工格栅、生态袋、联接扣、草籽、化肥等。

1.3 加筋挡土墙材料选用

选择加筋挡土墙材料主要是对土工格网和生态袋的选用。

土工格网的选用：加筋土挡墙是一种柔性结构，允许有一定的变形，但由于变电站工程的特殊性，挡墙变形和位移的要求更高，为此变电站挡土墙常采用强度大、伸长率小、寿命长、造价低廉的凸结点土工格栅材料作为加筋材料，常用的有TGG60-30、TGG80-30、TGG100-50、TGG130-50等凸结点加筋格网和ZTDL220-80高强聚酯格网。

生态袋的选用：生态袋应具有透水不透土的过滤功能，需对植物根系友好。生态袋应选用高质量的环保材料，易于植物生长，产品永不降解、抗老化、无毒、百分之百可回收，使用寿命达70年的高科技材料制成的护坡材料。它应具有以下特点：（1）允许水从袋体渗出，从而减轻袋体的压力；（2）不允许袋中土壤泻出袋外，达到水土保持的目的，成为植被赖以生存的介质；（3）袋体柔软，整体性好。

1.4 加筋挡土墙创新点

加筋挡土墙是采用凸节点土工格栅筋材反包+生态袋（形成墙面）相结合的方式构成加筋土挡墙，采用分级放坡形式，相对直立挡墙有效的减小了后方填土对挡墙的侧向压力，挡墙更加安全、稳定。

对加筋挡墙与重力式挡墙加块石护坡技术进行对比分析见表1。

表1 加筋挡墙与重力式挡墙加块石护坡技术对比

采用生态袋堆码形成挡墙墙面，不但有效地减小了对地基承载力的要求，更是通过袋内的草籽长草形成了绿化表面，环保得到充分体现。

2 加筋挡土墙的施工工艺及质量控制

2.1 施工准备

1）审查施工图纸，编制施工方案，组织专家论证。

2）清理场地，修建施工临时便道，进行放线、找平。

3）组织材料、施工机具、施工设备等进场。

4）组织劳动力进场，请设计院、土工格网生产厂家派技术员到场技术指导，对工人进行技术、安全教育。

2.2 地基基础处理

地基基础处理需按照设计要求及现行有关标准的规定，地基处理完成后，地基土的压缩模量一般应达到131 MPa。赣州南500 kV变电站工程31 m高的加筋挡土墙，地基承载力的要求达到494 MPa；24 m高的加筋挡土墙，地基承载力的要求达到448 MPa；16 m 高的加筋挡土墙，地基承载力的要求达到312 MPa。赣州南500 kV 变电站工程针对粘性地基土采用了CFG 桩进行地基处理，满足了地基承载力。地基处理完成后，应由试验单位对复合地基进行检测，验证其承载力。

2.3 挡墙基础

赣州南500 kV变电站工程挡墙基底采用了90 cm厚的碎石或砂砾加铺3层凸结点格网进行加强处理。施工工艺应注意：

1）在挡墙基础开挖前，应进行详细的测量定位；

2）基槽底部应达到持力层，基底应整平压实。

2.4 填土碾压

采用碎石类土进行回填，分层碾压。施工质量控制应注意：

1）填料最大粒径不大于20 cm，填料内不得混有垃圾或腐殖土，填料中不应有不符合要求的石块及其他杂物。

2）填料必须分层碾压，碾压回填虚铺厚度为30 cm，每铺一层格网之前应检测压实度，压实度不得小于0.95，检测频度每100 m2不少于2 点，压实度达不到要求不得铺设土工格网。

3）填料摊铺的顺序，应先在格网的中部形成一纵向戗道，然后有戗道向两边扩展，严禁由土工格网尾部向挡墙墙面推进；填料碾压的顺序，碾压机应由土工格网中部压至尾部，再由尾部压至挡墙墙面处，其行走方向始终平行于挡墙墙面，在距挡墙墙面外边缘1.0 m范围，应采用人工夯实或用小型压路机压实。

4）加筋体后方的一般填土应基本上与加筋土体的填筑同步进行，一起压实，加筋体尾部应交叉碾压至少1.5 m。

5）施工中应设置一定的排水通道，填料应有一定坡势，以利排除雨水，并在墙面设置一定数量的排水孔，保证斜坡的稳定性。

2.5 土工格网的铺设

土工格网的铺设应有如下工艺：

1）土工格网应垂直于墙面铺设，土工格网不应有重叠、折曲，铺设中不应有损坏。

2）土工格网铺设时，不应有漏铺，可以有搭接，搭接宽度不得少于一个格网网孔。

3）土工格网铺设时，应固定可靠，防止填料摊铺和碾压时对土工格网的扰动。

2.6 土袋码放

袋装土采用生态袋内装土、草籽及化肥的混合料，形成植被护面。

土袋码放的质量控制应注意：

1）土袋码放时，应控制加筋挡土墙坡度，每完成一层，使用全站仪及水准仪确定墙面的轴线和标高，水平误差应逐层调整，不得将误差累积后再进行总调。

2）控制加筋挡土墙的平直度和墙斜率，以保证加筋挡墙轴线正确，墙斜率统一，外观质量美观、整齐。

3）土袋码放完成后，土工格网应回折反包土袋固定，与后续土工格网绑扎在一起。

2.7 挡墙压顶

为增加护坡的抗滑稳定性及雨水的侵蚀，加筋挡土墙墙顶需采用压顶措施。

2.8 加筋挡土墙的施工

以赣州南500 kV变电站为例，见图1。

图1 加筋挡土墙施工示意

3 检验和监测

进场后的土工格网应检查其合格证及检测报告，并对土工格网抽检其纵横向拉伸屈服力、屈服伸长率、结点极限剥离力等筋材技术指标。为确保施工过程中及变电站运营期的边坡的安全，还应对加筋挡土墙体内的位移及应力进行监测。

3.1 位移监测

在各主要断面设置地表位移检测点，监测其水平位移和垂直位移变化，在施工中，雨季每10天观测一次，旱季每半月观测一次；施工结束后转为长期监测，采集的数据做好记录，通过时间位移累计曲线图，分析判断位移情况。

3.2 应力监测

在站区南侧高加筋土挡墙部位，2个剖面布置土压力监测断面，土压力盒分为监测垂直土压力盒和监测水平土压力的水平土压力盒，在底层同时埋置垂直土压力盒和水平土压力盒，至下而上在每个马道处分别埋入垂直土压力盒或者水平土压力盒。

测试工作在施工的过程中就要开始，施工过程中每回填1 m土层，读取土压力盒数据一次。施工完成后，按每周读取数据一次，直到土压力稳定，采集的数据做好记录，综合考虑荷载变化、时间周期、前期数据，分析加筋挡土墙的土压力变化。

4 经济及社会效益

4.1 经济效益

加筋挡土墙相比已有同类先进技术可节省投资，具有经济效益好的优点，在同等的施工条件下，通过与重力式挡土墙加块石护坡造价进行比较，结果见表2（以赣州南500 kV变电站为例）。

表2 加筋挡土墙与重力式挡土墙造价比较

4.2 社会效益

赣州南500 kV变电站因采用加筋挡土墙相比传统的护坡方式，使得治理边坡的工期提前了72天，确保了工程按时顺利投运，极大满足了赣南苏区经济高速发展的需要。

4.3 环境效益

采用加筋挡土墙在施工中减少亦避免了对环境的破坏，减少了水土流失，增加了绿化面积，满足国网提出的“两型一化”中的“环境友好型”的要求，赣州南500 kV 变电站因采用该工艺减少了征地47%，合理节约了土地资源。

5 推广及应用前景

相对直立挡墙，加筋挡土墙更加安全、稳定，它能有效的减小后方填土对挡墙的侧向压力。加筋挡土墙属柔性结构，对地基变形适应强，建筑高度大，适用于填方区边坡处理，具有占地少、投资省、工期短、施工工艺简单、与周围环境和谐融为一体的优点，具备广泛的推广条件。赣州南500 kV变电站在深填方采用了加筋挡土墙，有效的节约了变电站的占地面积，加快了工期，为保证后续的按时送电奠定了坚实的基础，通过近二年对加筋挡土墙的位移及应力监测各项指标正常，充分说明了其结构稳定性。

通过这几年的发展，加筋挡土墙已得到广大科研院校、设计院、施工单位及建设单位的认可，目前已在多个变电站工程中采用此种技术，并不断延伸到其他领域：煤矿、水利水电、机场、铁路、公路等部门都在大力采用该技术，并且都编制了相应的规范文件。

加筋土结构作为一种新型的支挡结构，在土工合成材料领域有着非常重要的地位。有关的国内、国际学会在加筋土技术的研究和推广方面都非常活跃，每四年一次定期召开的全国加筋土技术经验交流会已成功举办多次（举办地有武汉、昆明、重庆、济南、泰安、镇江、上海等），许多工程技术人员非常看好加筋土技术，并在工程中不断地研究和探索。

[1]JTJ033-95 公路路基施工技术规范[S].

[2]JTJ/T019-98 公路土工合成材料施工技术规范[S].

[3]何春光.加筋土工程设计与施工[M].北京：人民交通出版社，2000.

[4]刘成宇.土力学[M].北京：中国铁道出版社，2000.

[5]刘光耀，等.土工合成材料工程应用手册(第二版)[M].北京：中国建筑工业出版社，2000.